Энергия и цивилизация

Развитие двигателя внутреннего сгорания, нового первичного движителя, в котором топливо сгорает внутри цилиндра, происходило очень быстро. Конструкция была усовершенствована за первое поколение его коммерческого использования между 1886 и 1905 годами, после чего она оставалась в основе неизменной (хотя улучшалась во многих отношениях) большую часть XX века (Smil 2005). После нескольких десятилетий неудачных экспериментов и отброшенных вариантов конструкции первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860 году Этьеном Ленуаром (1822–1900). Но его двигатель совершенно не подходил для мобильного использования: это была горизонтальная машина двойного действия, которая сжигала несжатую смесь осветительного газа и воздуха, воспламеняемую электрической искрой, и эффективность устройства составляла всего 4 % (Smil 2005).

В 1862 году Альфонс Бо де Роша (1815–1893) создал концепцию четырехтактного двигателя, но понадобилось еще 15 лет, прежде чем Николаус Август Отто (1832–1891) запатентовал такую машину (в 1877 году), и впоследствии продал почти 50 тысяч единиц (средняя мощность 6 кВт с коэффициентом сжатия всего 2,6) маленьким мастерским, которые не могли себе позволить паровой двигатель (Clerk 1909). Эта медленная машина, работавшая на угольном газе, не могла служить первичным движителем в транспорте. Способный выполнить эту задачу механизм создали Готтлиб Даймлер (1834–1900), бывший работник компании Отто, и Вильгельм Майбах (1846–1929), чтобы сжигать бензин в своей мастерской в Штутгарте (Walz and Niemann 1997). Бензин имеет энергетическую плотность 33 МДж/л (примерно в 1600 раз больше, чем газ, который использовал Отто), и низкую точку возгорания (примерно 40 °C), что облегчает старт.

Даймлер и Майбах собрали первый прототип в 1883 году, а в ноябре 1885-го они использовали двигатель с воздушным охлаждением, чтобы сдвинуть с места первый в мире мотоцикл. В марте 1886 года их более крупная (0,462 л, 820 Вт, 600 оборотов в минуту) конструкция с водяным охлаждением была установлена на экипаже с деревянными колесами (Walz and Niemann 1997). В то же самое время работавший в Манхейме Карл-Фридрих Бенц (1844–1929) спроектировал свой первый двухтактный бензиновый двигатель в 1883 году и (после того, как истек патент Отто) четырехтактный двигатель, который запатентовал в январе 1886-го. Бенц установил механизм в 500 Вт, 250 оборотов в минуту на трехколесном шасси и предъявил устройство публике 3 июля 1886 года. Комбинация революционного двигателя Даймлера, электрического зажигания Бенца и поплавкового карбюратора Вильгельма Майбаха обеспечила ключевые компоненты современного дорожного транспорта. Новая эра началась, и ведущий германский производитель сконструировал первый, по сути, современный автомобиль (примечание 5.6., рис. 5.7).